2019-2020年高中物理 6.4《萬有引力理論的成就》同步教案 新人教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 6.4《萬有引力理論的成就》同步教案 新人教版必修2 課 題 6.4 萬有引力理論的成就 備課時(shí)間 上課時(shí)間 總課時(shí)數(shù) 課程目標(biāo) 知識與 技能 了解萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用 會用萬有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量和密度 掌握綜合運(yùn)用萬有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)知識分析具體問題的方法 過程與 方法 通過求解太陽.地球的質(zhì)量,培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的運(yùn)用能力 情感態(tài)度與價(jià)值觀 通過介紹用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)未知天體的過程,使學(xué)生懂得理論來源于實(shí)踐,反過來又可以指導(dǎo)實(shí)踐的辨證唯物主義觀點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 1、行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬有引力提供的。 2、會用已知條件求中心天體的質(zhì)量。 教學(xué)難點(diǎn) 根據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量。 教學(xué)過程 二次備課 引入新課 教師活動(dòng):上節(jié)我們學(xué)習(xí)了萬有引力定律的有關(guān)知識,現(xiàn)在請同學(xué)們回憶一下,萬有引力定律的內(nèi)容及公式是什么?公式中的G又是什么?G的測定有何重要意義? 學(xué)生活動(dòng):思考并回答上述問題: 教師活動(dòng):萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)有著重要的物理意義:它對物理學(xué)、天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響;它把地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律統(tǒng)一起來;對科學(xué)文化發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用,解放了人們的思想,給人們探索自然的奧秘建立了極大信心,人們有能力理解天地間的各種事物。這節(jié)課我們就共同來學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用。 新課講解 一、“科學(xué)真實(shí)迷人” 教師活動(dòng):引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“科學(xué)真實(shí)迷人”部分的內(nèi)容,思考問題 1、推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達(dá)式,說明卡文迪許為什么能把自己的實(shí)驗(yàn)說成是“稱量地球的重量”? 例:設(shè)地面附近的重力加速度g=9.8m/s2,地球半徑R =6.4106m,引力常量G=6.6710-11 Nm2/kg2,試估算地球的質(zhì)量。 kg 二、計(jì)算天體的質(zhì)量 教師活動(dòng):引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“天體質(zhì)量的計(jì)算”部分的內(nèi)容,同時(shí)考慮下列問題 1、應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量的基本思路是什么? 2、求解天體質(zhì)量的方程依據(jù)是什么? 學(xué)生活動(dòng):學(xué)生閱讀課文第一部分,從課文中找出相應(yīng)的答案. 1、應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量的基本思路是:根據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)情況,求出其向心加速度,然后根據(jù)萬有引力充當(dāng)向心力,進(jìn)而列方程求解. 2、從前面的學(xué)習(xí)知道,天體之間存在著相互作用的萬有引力,而行星(或衛(wèi)星)都在繞恒星(或行星)做近似圓周的運(yùn)動(dòng),而物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)合力充當(dāng)向心力,故對于天體所做的圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程只能是萬有引力充當(dāng)向心力,這也是求解中心天體質(zhì)量時(shí)列方程的根源所在. 教師活動(dòng):請同學(xué)們結(jié)合課文知識以及前面所學(xué)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識,加以討論、綜合,然后思考下列問題。學(xué)生代表發(fā)言。 1.天體實(shí)際做何運(yùn)動(dòng)?而我們通常可認(rèn)為做什么運(yùn)動(dòng)? 2.描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理量有哪些? 3.根據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)情況求解其向心加速度有幾種求法? 4.應(yīng)用天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程——萬有引力充當(dāng)向心力求出的天體質(zhì)量有幾種表達(dá)式?各是什么?各有什么特點(diǎn)? 5.應(yīng)用此方法能否求出環(huán)繞天體的質(zhì)量? 學(xué)生活動(dòng):分組討論,得出答案。學(xué)生代表發(fā)言。 1.天體實(shí)際運(yùn)動(dòng)是沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的,而我們通常情況下可以把它的運(yùn)動(dòng)近似處理為圓形軌道,即認(rèn)為天體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng). 2.在研究勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),為了描述其運(yùn)動(dòng)特征,我們引進(jìn)了線速度v,角速度ω,周期T三個(gè)物理量. 3.根據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)狀況,求解向心加速度有三種求法.即: (1)a心= (2)a心=ω2r (3)a心=4π2r/T2 4.應(yīng)用天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程——萬有引力充當(dāng)向心力,結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)向心加速度的三種表述方式可得三種形式的方程,即 (1)F引=G=F心=ma心=m. 即:G ① (2)F引=G=F心=ma心=mω2r 即:G=mω2r ② (3)F引=G=F心=ma心=m 即:G=m ③ 從上述動(dòng)力學(xué)方程的三種表述中,可得到相應(yīng)的天體質(zhì)量的三種表達(dá)形式: (1)M=v2r/G. (2)M=ω2r3/G. (3)M=4π2r3/GT2. 上述三種表達(dá)式分別對應(yīng)在已知環(huán)繞天體的線速度v,角速度ω,周期T時(shí)求解中心天體質(zhì)量的方法.以上各式中M表示中心天體質(zhì)量,m表示環(huán)繞天體質(zhì)量,r表示兩天體間距離,G表示引力常量. 從上面的學(xué)習(xí)可知,在應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量時(shí),只能求解中心天體的質(zhì)量,而不能求解環(huán)繞天體的質(zhì)量。而在求解中心天體質(zhì)量的三種表達(dá)式中,最常用的是已知周期求質(zhì)量的方程。因?yàn)榄h(huán)繞天體運(yùn)動(dòng)的周期比較容易測量。 投影例題:把地球繞太陽公轉(zhuǎn)看做是勻速圓周運(yùn)動(dòng),平均半徑為1.51011 m,已知引力常量為:G=6.6710-11 Nm2/kg2,則可估算出太陽的質(zhì)量大約是多少千克?(結(jié)果取一位有效數(shù)字) 分析:題干給出了軌道的半徑,雖然沒有給出地球運(yùn)轉(zhuǎn)的周期,但日常生活常識告訴我們:地球繞太陽一周為365天。 故:T=365243600 s=3.15107 s 由萬有引力充當(dāng)向心力可得: G=m 故:M= 代入數(shù)據(jù)解得M=kg=21030 kg 教師活動(dòng):求解過程,點(diǎn)評。 三、發(fā)現(xiàn)未知天體 教師活動(dòng):請同學(xué)們閱讀課文“發(fā)現(xiàn)未知天體”部分的內(nèi)容,考慮以下問題 1、應(yīng)用萬有引力定律除可估算天體質(zhì)量外,還可以在天文學(xué)上有何應(yīng)用? 2、應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星? 學(xué)生活動(dòng):閱讀課文,從課文中找出相應(yīng)的答案: 1、應(yīng)用萬有引力定律還可以用來發(fā)現(xiàn)未知的天體。 2、海王星、冥王星就是應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的。 教師活動(dòng):引導(dǎo)學(xué)生深入探究 人們是怎樣應(yīng)用萬有引力定律來發(fā)現(xiàn)未知天體的?發(fā)表你的看法。 學(xué)生活動(dòng):討論并發(fā)表見解。 人們在長期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌道與應(yīng)用萬有引力定律計(jì)算出的軌道總存在一定的偏差,所以懷疑在天王星周圍還可能存在有行星,然后應(yīng)用萬有引力定律,結(jié)合對天王星的觀測資料,便計(jì)算出了另一顆行星的軌道,進(jìn)而在計(jì)算的位置觀察新的行星。 教師點(diǎn)評:萬有引力定律的發(fā)現(xiàn),為天文學(xué)的發(fā)展起到了積極的作用,用它可以來計(jì)算天體的質(zhì)量,同時(shí)還可以來發(fā)現(xiàn)未知天體. 四、課堂小結(jié) 讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。 五、作業(yè): 【板書設(shè)計(jì)】 教學(xué)后記:- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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